Изчисляване на параметрите на оптичните комуникационни линии, Изчисляване на дължината на усилващия участък, Изчисляване
Изчисляване на дължината на армировъчния участък
За борба с затихването на оптичния сигнал при преминаването му през комуникационна линия най-често се използват оптични усилватели, базирани на легирани с ербий влакна. Този тип усилватели има редица предимства, които са довели до широкото им използване през последните години. Първо, за да работи този клас усилватели, не се изисква настройка на честотата на предавания сигнал. На второ място, усилването се извършва в доста широка честотна лента. Тези предимства улесняват разширяването на мрежовия капацитет, без да се променя оборудването на комуникационните линии. Трето, усилването на сигнала не изисква преобразуване в електрическа форма. Също така, оптичните усилватели работят със сигнали от всякаква форма и предназначение. Тези предимства ги правят просто необходими за работа във връзка със системи WDM. Но заедно с техните предимства, оптичните усилватели имат редица функции, които трябва да се вземат предвид при проектирането на оптични комуникационни линии.
В допълнение към затихването, въведено от оптичните влакна, то се въвежда и чрез разглобяеми и постоянни влакнести връзки. Следователно е необходимо да се вземе предвид загубата на мощност на сигнала по време на постъпването му във влакното и да се осигури определен технологичен резерв на мощността.
Изчисляване на дължината на усилващата секция:
Където Lp - дължина на кабела лице в лице, Lстраница = 6 км;
Rln е нивото на сигнала от предаващата страна, ptrans = 7 dB;
Rpr е необходимото ниво на сигнала от приемащата страна, ppr = -13 dB;
нp е броят на разглобяемите връзки в линейния път, = 2;
- затихване в разглобяем конектор, = 0,4 dB;
- енергиен резерв за стареене на елементи от оптичния тракт: източник на лъчение, оптичен кабел, оптоелектронен преобразувател, отклонение на параметрите на електрическата верига, = 3dB;
bvv - загуби по време на въвеждане на оптична енергия във влакното, когато източникът на радиация е директно свързан към кабела на станцията, bvv = 2 dB;
bn - затихване в постоянна (заварена) връзка, bn = 0,05 dB;
bkm - километрично затихване на оптичен кабел, при дължина на вълната 1550nm bkm = 0,25 dB/km.
Така изчислената дължина на усилващата секция е валидна и за двете посоки на предаване на информация, ако се използва едно и също оборудване с еднакви нива на сигнала.
Изчисляване на дължината на секцията за регенерация
1) Изчисляване на мощността на шума, въведена от усилвателя.
Използваните оптични усилватели имат редица отличителни черти. Един от тях е, че при липса на входен сигнал усилвателят е източник на спонтанно излъчване на фотони. Емисионният спектър зависи от формата на енергийната лента на атомите на ербий и от статистическото разпределение на популациите на ниво лента. Спонтанно генерираните фотони, разпространяващи се по влакното в активната зона на усилвателя EDFA, се репликират, в резултат на което се създават вторични фотони със същата дължина на вълната, със същата фаза, поляризация и посока на разпространение. Полученият спектър от спонтанни фотони се нарича усилена спонтанна емисия (ASE). Мощността му се нормализира на 1 Hz и има единица W/Hz. Ако към входа на усилвателя се подаде сигнал от лазер, тогава определена част от енергийните преходи, които преди това са действали на усилено спонтанно излъчване, започва да се появява под действието на сигнал от лазера, усилвайки входния сигнал. По този начин не само желаният входен сигнал се усилва, но ASE също се затихва. Но въпреки това все още е необходимо да се вземе предвид шумът, въведен от оптичните усилватели. Натрупаният шум влияе върху качеството на предавания сигнал и ако SNR намалее под необходимото ниво, е необходима регенерация на сигнала. Следователно е необходимо да се изчисли максимално възможният брой усилватели на оптичен сигнал, разположени между регенераторите.
Силата на спонтанното излъчване, усилено от един оптичен усилвател, може да се намери по формулата:
Където з - постоянна лента, з = 6,6252 · 10 -34 W · s 2;
n - честота в съответствие с използваната дължина на вълната, n = 193,2 · 10 12 Hz;
н - спонтанен емисионен фактор, н = 2, тъй като се разпространяват два режима на поляризация;
s - квантова ефективност, s = 1;
G - усилвател на усилвателя, пъти (в абсолютни единици), G = 100.
Сила на шума w_ASE усилвател за честотната лента, в която се предава сигналът (Dе= 100GHz):
С изчислените характеристики на шума, въведен от оптичния усилвател, може да се намери максимално възможният брой оптични усилватели, след преминаване през които се поддържа необходимото съотношение сигнал/шум.
2) Изчисляване на съотношението сигнал/шум.
Шумът се натрупва по време на предаване на сигнала по оптични линии с усилватели EDFA. Това явление се дължи на два фактора: усилването на входния шум и добавянето на усилено спонтанно излъчване към него. Входният шум за първия оптичен усилвател е мощността на шума с нулеви колебания, която може да бъде пренебрегната.
Нека намерим абсолютното ниво на сигнала:
където е нулевото ниво на сигнала (V);
За да намерите изходната мощност на шума к-Усилвателят използва формулата:
За да намерите нивото на изходния шум к-Усилвателят използва формулата:
За да се намери съотношението сигнал/шум в dB на изхода к-Усилвателят използва формулата:
Където Rизход - ниво на сигнала на изхода на оптичния усилвател, dB;
Rw_ASE - ниво на шума, въведено от оптичния усилвател, dB.
Изчислените стойности могат да бъдат представени под формата на графика (Фигура 14).
В допълнение, графиката показва нивата на сигнала и шума след преминаване през няколко оптични усилвателя, както и необходимия SNR от 25 dB. Тези резултати са валидни за две посоки на трансфер на информация. Вижда се, че с увеличаване на броя на оптичните усилватели нивото на натрупания шум в линията се увеличава. Това води до намаляване на съотношението сигнал/шум. Например необходимият SNR се съхранява на линейния изход с помощта на 7 оптични усилвателя. Освен това се изисква регенерация на сигнала, тъй като нивото на натрупания шум е доста високо. По-голямото му увеличение ще доведе до намаляване на качеството на предадената информация.
Фигура 14 - SNR на комуникационна линия с няколко оптични усилвателя
Регенераторът се състои от оптичен демултиплексор, оптичен мултиплексор и няколко регенератора за всеки канал. Същите модули се използват като мултиплексор и демултиплексор на регенератора, както в крайното оборудване.
Секцията за регенерация на комуникационната линия се състои от оптичен мултиплексор, оптични усилватели и оптичен демултиплексор, инсталирани последователно. За примера, показан на фигура 12, дължината на секцията за регенерация се определя по следната формула:
Изчислените разстояния (с изключение на ОУ3-ОУ6) между пътните участъци не надвишават получената стойност, тогава е непрактично да се използва регенератор. Защото разстоянието между ОУ3-ОУ6 е 475 км, тогава ще използваме регенератор.